DE19822072C1

DE19822072C1 - Microwave switch, e.g. for satellite application as redundant switch, achieves higher operating frequency with a significantly greater gap between the rotor and generator housing

Info

Publication number: DE19822072C1
Application number: DE19822072A
Authority: DE
Inventors: Bernd Mayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Tesat Spacecom GmbH and Co KG
Priority date: 1998-05-16
Filing date: 1998-05-16
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2018-05-17
Also published as: US6218912B1

Abstract

The microwave switch has a housing and a rotor with through passages (7-9) whose longitudinal directions extend transversely wrt. the rotor axis and with grooves (7a-9h) in the annular external rotor surface to improve the isolation between the through passages. The grooves are formed on the annular outer surfaces of plate-shaped parts (10,20) which bound the through passages in both directions of the rotor axis. The grooves open into the through passages

Description

State of the art

Die Erfindung geht von der Gattung aus, wie im unabhängigen Anspruch 1 angegeben.The invention is based on the genus, as in independent claim 1 specified.

Ein solcher Mikrowellenschalter ist bekannt aus der japanischen Patentanmeldung 58-141003 (A), veröffentlicht am 22.08.1983. Dort weist der kreiszylindrische Rotor eines Mikrowellenschalters an der ringförmigen Mantelfläche Längs- und Querschlitze (Nuten) auf, die aufgrund ihrer Tiefpaßwirkung dafür sorgen, daß über den Spalt zwischen Rotor und Gehäuse möglichst wenig Hochfrequenzenergie entweicht.Such a microwave switch is known from the Japanese Patent Application 58-141003 (A) on August 22, 1983. The circular cylindrical rotor points there a microwave switch on the ring-shaped Shell surface longitudinal and transverse slots (grooves) on the due to their low-pass effect ensure that the Gap between rotor and housing as little as possible Radio frequency energy escapes.

Auch aus der US-Patentschrift 4 806 887, insbesondere Fig. 8 und Anspruch 18, sind parallel zur Rotorachse verlaufende Nuten (sogennante Chokes) an der ringförmigen Mantelfläche, und zwar jeweils zwischen zwei Hochfrequenzdurchgängen des Rotors, bekannt. Also known from US Pat. No. 4,806,887, in particular FIG. 8 and claim 18, are grooves (so-called chokes) running parallel to the rotor axis on the ring-shaped outer surface, specifically between two high-frequency passages of the rotor.

Aus der US-Patentschrift 4,761,622 sind an der ringförmigen Mantelfläche des Rotors eines Hochfrequenzschalters umlaufende Nuten bekannt (Fig. 8, 13, 14), die dazu dienen, eine Unsymmetrie des Rotors zu kompensieren.From US Pat. No. 4,761,622, circumferential grooves are known on the annular outer surface of the rotor of a high-frequency switch ( FIGS. 8, 13, 14), which serve to compensate for an asymmetry of the rotor.

Sogenannte R-Schalter für Mikrowellen werden in der Satellitentechnik als Redundanzschalter eingesetzt. Wie der Querschnitt nach Fig. 3 zeigt, bestehen sie aus einem Gehäuse 1 und einem Rotor 2. Vier Hohlleiteranschlüsse (Tore) 11 bis 14 des Gehäuses 1 werden dabei je nach Rotorstellung in verschiedener Weise miteinander verbunden. Bei der Rotorstellung gemäß Fig. 3 wird beispielsweise das Tor 11 mit dem Tor 14 und das Tor 12 mit dem Tor 13 verbunden. Wird der Rotor 2 um 45 Grad im Uhrzeigersinn gedreht, ist das Tor 11 mit dem Tor 13 verbunden. Hierzu weist der Rotor 2 drei Durchgänge auf, nämlich einen geraden Durchgang 7 und zwei gebogene Durchgänge 8, 9. Üblicherweise wird eine sehr hohe gegenseitige Isolation der nicht miteinander verbundenen Tore gefordert. Ist etwa, wie in Fig. 3, das Tor 11 mit dem Tor 14 verbunden und wird in Tor 11 ein Mikrowellensignal eingespeist, so sollte nur ein möglichst kleiner Signalanteil durch das Tor 12 und das Tor 13 austreten. Im Falle, daß das Tor 11 mit dem Tor 13 verbunden ist, soll das Tor 12 und das Tor 14 isoliert sein. Außerdem sollte dann das Tor 12 vom Tor 14 isoliert sein. Dabei wird die Isolation durch das Verhältnis P_ISO/- P_EIN von am isolierten Tor austretender Leistung P_ISO zur in ein Tor eingespeister Leistung PEIN angegeben. Für Redundanzschaltnetzwerke in Satelliten wird im allgemeinen ein Wert von -60 dB gefordert. Diese sehr hohe Anforderung an die Isolation kann nur durch besondere Maßnahmen erzielt werden:
So-called R switches for microwaves are used as redundancy switches in satellite technology. As the cross section according to FIG. 3 shows, they consist of a housing 1 and a rotor 2 . Four waveguide connections (gates) 11 to 14 of the housing 1 are connected to one another in different ways, depending on the rotor position. In the rotor position shown in FIG. 3, the gate 11 with the gate 14 and the gate is for example 12 connected to the Gate 13. If the rotor 2 is rotated 45 degrees clockwise, the gate 11 is connected to the gate 13 . For this purpose, the rotor 2 has three passages, namely a straight passage 7 and two curved passages 8 , 9 . Usually a very high mutual isolation of the gates that are not connected is required. If, for example, as in FIG. 3, the gate 11 is connected to the gate 14 and a microwave signal is fed into the gate 11 , only the smallest possible signal component should exit through the gate 12 and the gate 13 . In the event that the gate 11 is connected to the gate 13 , the gate 12 and the gate 14 should be insulated. In addition, the gate 12 should then be isolated from the gate 14 . The insulation is specified by the ratio P _ISO / - P _EIN from the power P _ISO emerging at the insulated gate to the power PEIN fed into a gate. A value of -60 dB is generally required for redundant switching networks in satellites. This very high insulation requirement can only be achieved through special measures:

by longitudinal grooves 4 embedded in the side walls of the straight passage in the rotor, the longitudinal extent of which extends parallel to the rotor axis,
by longitudinal grooves 5 embedded in the housing 1 ,
- Through a very narrow gap 3 between the rotor and the housing.

Bei einer Betriebsfrequenz von 10 GHz (Ku-Band) ist hierfür ein Spalt von 50 µm notwendig. Bei höheren Betriebsfrequenzen sind entsprechend engere Spalte erforderlich. Bei einer Verdopplung der Betriebsfrequenz auf 20 GHz muss die Spalteweite auf 25 µm halbiert werden, un die gleiche Isolation zu erzielen wie bei 10 GHz. Engere Spalte sind aus Zuverlässigkeitsgründen nicht möglich. Außerdem ist die dann erforderliche Genauigkeit mit den üblichen Produktionstechniken wie Fräsen und Drehen kaum noch erreichbar.At an operating frequency of 10 GHz (Ku band) this requires a gap of 50 µm. At higher Operating frequencies are correspondingly narrower gaps required. When the operating frequency is doubled at 20 GHz the gap width must be halved to 25 µm, to achieve the same isolation as at 10 GHz. For reasons of reliability, narrower gaps are not possible. In addition, the accuracy is then required with the usual production techniques such as milling and Turning hardly reachable.

Da bei einem Mikrowellenschalter nach Fig. 3 die Längsnuten im Rotor durch die verbleibenden, sehr dünnen Wandstärken sehr eng toleriert werden müssen und die Gehäusenuten im allgemeinen durch teueres Erodieren hergestellt werden, ergeben sich hohe Produktionskosten. Da das Erodieren im allgemeinen durch Spezialfirmen durchgeführt wird, erhöht sich außerdem die Produktionszeit erheblich.3 the longitudinal grooves must be very narrow tolerances in the rotor through the remaining, very thin wall thicknesses because in a microwave switch according to Fig., And the housing grooves are generally produced by eroding expensive, resulting in high production costs. Since eroding is generally carried out by specialist companies, the production time is also increased considerably.

task

Es ist Aufgabe der Erfindung, mit einem wesentlich weiteren Spalt als bisher erforderlich zwischen Rotor und Gehäuse auszukommen bzw. bei gleich weitem Spalt eine höhere Betriebsfrequenz zu realisieren. It is an object of the invention with an essential further gap than previously required between the rotor and housing get along or with the same gap to realize a higher operating frequency.

solution

Diese Aufgabe wird durch den Mikrowellenschalter mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This task is performed by the microwave switch with the Features of claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Merkmale auch, soweit sinnvoll, miteinander kombiniert werden können.Advantageous further developments are in the dependent Specified claims, the characteristics of which, where appropriate, can be combined with each other.

Advantages of the invention

Die Erfindung ermöglicht es, ohne die im Rotor in die Seitenwände des geraden Durchgangs eingelassenen Längsnuten (4 in Fig. 3) sowie ohne in das Gehäuse eingelassene Längsnuten (5 in Fig. 3) auszukommen, wobei gleich gute oder verbesserte elektrische Eigenschaften, insbesondere bei einem R-Schalter, erreicht werden. Durch die Vermeidung der bisherigen Längsnuten im Gehäuse ergibt sich zudem eine erhebliche Reduzierung der Produktionskosten.The invention makes it possible to do without the longitudinal grooves (4 in FIG. 3) embedded in the side walls of the straight passage and without longitudinal grooves (5 in FIG. 3) embedded in the housing, with equally good or improved electrical properties, in particular in the case of an R switch. By avoiding the previous longitudinal grooves in the housing, there is also a significant reduction in production costs.

Da bei dem Mikrowellenschalter nach der Erfindung nur kurze Nuten in die unteren und oberen Begrenzungsplatten Durchgänge des Rotors eingefräst werden müssen, können für diese Nuten größere Toleranzen zugelassen werden.Since only in the microwave switch according to the invention short grooves in the lower and upper boundary plates Passages of the rotor can be milled larger tolerances are permitted for these grooves.

Die genaue Form und Lage der Nuten nach der Erfindung sollten für den entsprechenden Anwendungsfall (Hohlleiterband, Betriebsfrequenz) optimiert werden (beispielsweise durch entsprechende Versuche).The exact shape and location of the grooves according to the invention should for the appropriate application (Waveguide band, operating frequency) can be optimized (for example through appropriate tests).

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Dabei sind bei mehreren Figuren jeweils dieselben Bezugszeichen für im wesentlichen gleiche Teile verwendet. Schematisch ist gezeigt in An embodiment of the invention is in the drawing shown and explained in more detail below. Are there the same reference numerals for several figures essentially the same parts are used. Is schematic shown in

Fig. 1: ein Prinzip-Querschnitt durch einen Mikrowellenschalter nach der Erfindung mit verschiedenen Alternativen von Nuten, Fig. 1 shows a principal cross-section through a microwave switch according to the invention with different alternatives of grooves

Fig. 2: eine perspektivische Darstellung eines Rotors nach der Erfindung, Fig. 2 is a perspective view of a rotor according to the invention,

Fig. 3: ein Prinzip-Querschnitt durch einen bekannten Mikrowellenschalter (R-Schalter). Fig. 3: a principle cross section through a known microwave switch (R switch).

Description of the embodiment

In Weiterbildung des Mikrowellenschalters nach Fig. 3 zeigt Fig. 1 in einem Prinzip-Querschnitt alternative Möglichkeiten nach der Erfindung in einer einzigen Figur vereint. Der Querschnitt gewährt den Blick auf ein plattenförmiges Teil 10 (vergleiche Fig. 2), das die Durchgänge 7, 8, 9 (vergleiche Fig. 3) in der auf die Zeichenebene weisenden Richtung der Rotorachse begrenzt. In der ringförmigen Mantelfläche dieses plattenförmigen Teils 10 befinden sich verschiedene Nuten 6, die aber bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht alle gleichzeitig vorhanden sind, sondern nur verschiedene Alternativen andeuten. Die Auswahl der Alternativen ergibt sich bei einem Optimierungsprozeß für den entsprechenden Anwendungsfall.In a further development of the microwave switch according to FIG. 3, FIG. 1 shows in a principle cross section alternative possibilities according to the invention combined in a single figure. The cross section affords a view of a plate-shaped part 10 (see FIG. 2) which delimits the passages 7 , 8 , 9 (see FIG. 3) in the direction of the rotor axis pointing towards the plane of the drawing. Various grooves 6 are located in the annular lateral surface of this plate-shaped part 10 , but not all of them are present at the same time in one embodiment of the invention, but only indicate different alternatives. The selection of the alternatives results from an optimization process for the corresponding application.

Für einen solchen Anwendungsfall ist in Fig. 2 der Rotor 2 dargestellt. Da das Gehäuse eines erfindunggemäßen Mikrowellenschalters keinerlei Besonderheiten aufweist, ist auf eine entsprechende Abbildung verzichtet worden.The rotor 2 is shown in FIG. 2 for such an application. Since the housing of a microwave switch according to the invention has no special features, a corresponding illustration has been omitted.

In dem Rotor 2 befindet sich ein mittlerer, gerader Durchgang 7 und zwei gebogene oder geknickte, flankierende Durchgänge 8, 9. Die Längsrichtungen (Signalübertragungsrichtungen) der Durchgänge erstrecken sich quer zur Rotorachse, die in Fig. 2 senkrecht verläuft. In der Aufwärtsrichtung der Rotorachse sind die Durchgänge 7, 8, 9 durch ein plattenförmiges Teil 20 begrenzt.In the rotor 2 there is a middle, straight passage 7 and two curved or bent, flanking passages 8 , 9 . The longitudinal directions (signal transmission directions) of the passages extend transversely to the rotor axis, which is perpendicular in FIG. 2. In the upward direction of the rotor axis, the passages 7 , 8 , 9 are delimited by a plate-shaped part 20 .

In den ringförmigen Mantelflächen der plattenförmigen Teile 10, 20 und damit auch in der ringförmigen Mantelfläche des Rotors 2 befinden sich jeweils Nuten 7a bis 7d, 8a bis 8h, 9a bis 9h, deren Längsrichtungen von der jeweiligen Umfangsrichtung der Mantelfläche des Rotors abweichen, weil sie parallel zur Rotorachse verlaufen. Diese Nuten befinden sich jeweils in den Bereichen zwischen Wänden 15 bis 18, welche die Durchgänge 9, 7, 8 in Richtungen senkrecht zur Rotorachse begrenzen. Die Nuten 7a bis 7d befinden sich jeweils mittig zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Wänden 16, 17 des Durchgangs 7.In the annular outer surfaces of the plate-shaped parts 10 , 20 and thus also in the annular outer surface of the rotor 2 there are grooves 7 a to 7 d, 8 a to 8 h, 9 a to 9 h, the longitudinal directions of which are in the circumferential direction of the outer surface of the rotor because they run parallel to the rotor axis. These grooves are located in the areas between walls 15 to 18 , which delimit the passages 9 , 7 , 8 in directions perpendicular to the rotor axis. The grooves 7 a to 7 d are each centrally between the two opposite walls 16 , 17 of the passage 7 .

Am Eingang bzw. Ausgang der Durchgänge 8 und 9 befinden sich jeweils vier Längsnuten, beispielsweise 8a bis 8d. Jeweils eine von zwei einander benachbarten Nuten im selben plattenförmigen Teil 10 bzw. 20 ist dichter an einer der Wände 15 bis 18 angeordnet als an der anderen Nut. Mit anderen Worten: bei den beiden gebogenen Durchgängen 8 und 9 befinden sich jeweils 8 Nuten (beispielsweise 8a bis 8h), jeweils in der Nähe der rechten und linken Begrenzungen (Wände 17 bzw. 18) des betreffenden Durchgangs. At the entrance or exit of the passages 8 and 9 there are four longitudinal grooves, for example 8a to 8d. In each case one of two adjacent grooves in the same plate-shaped part 10 or 20 is arranged closer to one of the walls 15 to 18 than to the other groove. In other words: in the two curved passages 8 and 9 there are 8 grooves (for example 8 a to 8 h), each in the vicinity of the right and left boundaries (walls 17 and 18 ) of the passage in question.

Der Querschnitt aller Nuten ist bevorzugt rechteckig und entspricht damit einer der Alternativen 6 in Fig. 1.The cross section of all the grooves is preferably rectangular and thus corresponds to one of the alternatives 6 in FIG. 1.

Wenn der mittlere, gerade Durchgang 7 entfällt, ergibt sich ein sogenannter C-Schalter. Auch bei einem solchen Schalter ist die Erfindung anwendbar.If the middle, straight passage 7 is omitted, a so-called C switch results. The invention is also applicable to such a switch.

Mit einem R-Schalter mit einem Rotor nach Fig. 2 ließ sich bei einer Betriebsfrequenz von 20 GHz eine Isolation von -60 dB erzielen, wobei die Spaltweite zwischen Rotor und Gehäuse sogar von 50 auf 60 µm erhöht werden konnte.With an R switch with a rotor according to FIG. 2, an isolation of -60 dB could be achieved at an operating frequency of 20 GHz, the gap width between rotor and housing being increased from 50 to 60 μm.

Claims

1. microwave switch with housing ( 1 ) and rotor ( 2 ), in which there are passages ( 7 , 8 , 9 ) whose longitudinal directions extend transversely to the rotor axis, and with grooves ( 7 a, 7 b, 7 c, 7 d, 8 a, 8 b, 8 c, 8 d, 8 e, 8 f, 8 g, 8 h, 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, 9 e, 9 f, 9 g, 9 h) in the annular outer surface of the rotor ( 2 ), which serve to improve the insulation between the passages ( 7 , 8 , 9 ) and whose longitudinal directions run essentially parallel to the rotor axis, the grooves on the annular outer surfaces of plate-shaped parts ( 10 , 20 ) are located, which limit the passages ( 7 , 8 , 9 ) in the two directions of the rotor axis, characterized in that the grooves open into the passages.

2. Microwave switch according to claim 1, characterized in that one of the grooves ( 7 a, 7 b, 7 c, 7 d) is located centrally between two mutually opposite walls ( 16 , 17 ) of a passage ( 7 ).

3. Microwave switch, characterized in that the passage ( 7 ) according to claim 2 between two flanking passages ( 8 , 9 ) of an R switch.

4. Microwave switch according to claim 1, characterized in that one ( 8 b) of two grooves ( 8 b, 8 d), which are located on the same plate-shaped part ( 20 ) side by side and in the area of the same passage ( 8 ), closer to one of two opposing walls ( 17 , 18 ) of the passage ( 8 ) is located on the other groove ( 8 d).

5. Microwave switch, characterized in that the passage ( 8 ) according to claim 4 is one of the two outer passages ( 8 , 9 ) of an R switch.

6. microwave switch, characterized in that the Passage according to claim 4 one of the two passages one C switch is.